病毒感染与免疫.ppt

病毒的感染与免疫,三个阶段：、机体水平的研究阶段、细胞水平的研究阶段、分子水平的研究阶段,病毒免疫应答的特点-宿主和病毒相互作用、不同蛋白具有免疫原性、病毒可增殖、变异和扩散、其数量、分布范围、存在部位等方面可不断变化、可主动感染免疫细胞和器官，改变或破坏免疫系统,病毒的辅助结构（某些病毒具有）,（1）囊膜：核衣壳外包绕的一层含脂质的外膜，其中含有双层脂质、多糖和蛋白质。（2）病毒蛋白酶：催化病毒核酸。（3）触须样纤维：腺病毒唯一具有此结构，该纤维可吸附到敏感细胞上，与致病作用有关。病毒的衣壳、囊膜中的蛋白质和触须样纤维是病毒感染宿主细胞的重要结构。也是重要的免疫源性物质,病毒感染过程,侵入宿主受体配体结合许多病毒通过与重要的正常细胞表面分子结合而进入细胞：HIV-1：与人T细胞的CD4分子结合；EB病毒：与人B细胞表面的补体受体CD21结合；鼻病毒：与细胞间粘附分子(ICAM-I)结合。病毒特异地感染某些织或这些组织中特定细胞群体并在其中复制的能力称作病毒的亲嗜性（tropism）。,个体间传播途径：多种多样,水平传播（horizontaltransmission）：病毒在人群个体之间的传播。（1）经皮肤传播：（2）经粘膜表面传播：呼吸道粘膜消化道粘膜眼粘膜生殖道粘膜垂直传播（verticaltransmission）。；通过胎盘或产道，病毒直接由亲代传给子代的方式为垂直传播。,宿主自身内的传播,局部播散:在侵入部位附近造成组织损伤血液播散:病毒在侵入部位复制后播散到局部淋巴结，并经淋巴管进入血流，形成病毒血症(primaryviremia）。神经播散:大多数经神经播散的病毒是通过快速轴突转运过程（fastaxonaltransport）播散的。,病毒感染的致病机理,1、杀细胞效应（cytocidaleffect）:病毒的增殖造成细胞死亡。某些病毒结构成分的直接毒性作用。病毒早期蛋白抑制细胞高分子物质的合成细胞溶酶体膜受损，释放溶酶体酶，造成细胞自溶。也称溶细胞性感染(cytolyticinfection)。细胞染色体受损。,2、细胞膜结构与功能改变,细胞融合。细胞表面新抗原成分的形成膜通透性异常出现混浊肿胀3包涵体（inclusionbody）形成。某些病毒感染的细胞内，在普通光学显微镜下，可见在胞浆或胞核内出现嗜酸性或嗜碱性染色，大小和数量不同的圆形或不规则的团块结构，称为包涵体.,4整合作用，使细胞发生转化。病毒的全部或一部分核酸与宿主细胞的染色体结合，称为整合作用（integration）。整合后的病毒核酸随细胞的分裂而传给子代细胞，不出现病毒颗粒，细胞也不被破坏，但细胞遗传特性改变可致肿瘤发生。,病毒感染的类型,一、细胞水平类型从感染的结局来看：溶细胞型感染稳定状态感染整合型感染二、从整体临床类型；隐性感染；显性感染；持续性感染(persistentinfection)。,影响病毒毒力和致病性的因素：病毒宿主相互作用,病毒基因组及其产物的变异，如包膜、衣壳、核心、非结构蛋白以及病毒基因组非编码区均可影响病毒的毒力及致病性。宿主因素如遗传、年龄、内分泌、营养、生活习惯等也是不可忽视的影响因素。,病毒抗原的的提呈与识别,一、病毒抗原：多为结构蛋白，少数为非结构蛋白，如流感病毒有1种非结构蛋白和7种结构蛋白，结构蛋白中5种为内部蛋白，2种为表面抗原。,二、病毒感染细胞的膜抗原：包括出现的病毒抗原和产生的新抗原。感染细胞的表面病毒抗原出现与否与下列因素有关：（1）病毒增殖环境。如仙台病毒在MDBK细胞中增殖产生的子代不能产生导致溶血、细胞融合等与感染有关的小分子病毒表面抗原。（2）病毒变异。如痘病毒的变异株不产生某些特异性抗原。（3）感染时间。感染细胞表面抗原一般在病毒释放前出现。如新城疫病毒在感染后3小时、痘病毒为4小时、单纯疱疹病毒为6小时、麻疹病毒为1020小时。,三、抗原的提呈与识别,1、病毒抗原的提呈（1）MHC-I类分子与病毒抗原提呈（2）MHC-II类分子与病毒抗原的提呈2、病毒抗原的识别（1）抗体对病毒抗原的识别（2）T细胞对病毒抗原的识别,MHC-I类分子与病毒抗原提呈,病毒侵入-合成病毒蛋白抗原-肽段（被蛋白酶体降解）-形成多肽-MHC-I类分子复合物-被高尔基体转运至细胞膜表面-被CD8T细胞的TCR识别-被激活，分泌穿孔素-杀伤病毒感染的靶细胞。这是免疫系统监视自身细胞有无病毒感染及异常分子存在和清除的一种重要方式。,MHC-II类分子与病毒抗原的提呈,胞外游离病毒随血流和淋巴液途径不同组织时也可被APC随机捕获并摄入细胞内。如巨噬细胞以吞噬、吞饮、吸附和调理等方式摄取，经内在化形成吞噬体，后者与溶酶体融合形成内体。病毒抗原在内体的酸性环境中被水解成肽段，同时，在内质网中新合成的MHC-II类分子转运到内体与其内具有免疫原性的多肽结合。所形成的抗原肽-MHC-II类分子复合物被高尔基体转运到APC表面，供CD4+细胞识别，并使之激活。,MHC分子与病毒感染的关系,（1）病毒抗原与MHC分子的相似性：病毒抗原与MHC之间可以发生免疫交叉反应，如EB病毒与慢性类风湿性关节炎有相关性，病毒胞膜gp110抗原与HLA-DW4、DR1抗原之间存在有被T细胞识别的共同决定簇；HIV的包膜gp41抗原的C端有5个氨基酸与HLA-II类分子链N端的5个氨基酸相同。反应。,（2）病毒感染可致MHC表达异常：EB病毒转化的细胞的B细胞可使II类分子的表达显著增强；经12型腺病毒转化的大鼠细胞在体内具有肿瘤原性，而5型腺病毒转化的细胞则无肿瘤原性。,抗体对病毒抗原的识别,机体感染病毒或接种疫苗后,能产生各种不同的特异性抗体(IgG,IgM,IgA),其中以IgG和IgA最为重要.病毒表面抗原有些可与相应抗体结合而使病毒失去感染性,也就是发生中和作用的部位,称之为中和表位.它们往往由815个氨基酸组成.有些病毒抗原只维持病毒结构,称之为非关键部位.,T细胞对病毒抗原的识别,对已进入宿主细胞的病毒,体液免疫作用受限,主要依赖细胞免疫发挥作用.其中针对病毒感染细胞的细胞免疫主要是指T细胞介导的特异性细胞免疫.T细胞对病毒抗原的识别实际上是对表达于细胞表面的主要组织相容性分子及其提呈的病毒多肽的识别.T细胞对病毒多肽的识别是由于有T细胞抗原受体TCR.,抗病毒机制,一、体液免疫：1、抗体应答：特异性抗体的防御作用在病毒感染早期十分重要。不同Ig类型的抗体在抗病毒免疫中的作用也有所差异。,IgG抗体：是重要的抗病毒抗体，可分为几种亚类，如人类的IgG1、IgG2、IgG3、IgG4。人类的IgG1是主要的补体结合抗体和调理性抗体。IgM抗体：是病毒感染早期产生的主要免疫球蛋白，其产生通常不需要T细胞的辅助，是出现最早的抗体。IgM抗体在体外实验中能有效中和病毒。IgA抗体：粘膜免疫屏障的发育和分泌型IgA的存在对预防经呼吸道和消化道的病毒感染起重要作用。IgA的防御作用主要是阻断病毒与粘膜的结合，而不需吞噬细胞和补体的参与。,2、抗体的抗病毒作用,（1）中和作用：机制为，抗体覆盖了病毒的吸附点，从而使其吸附能力降低或丧失，这是最普遍和最重要的中和机制。病毒因抗体的作用而凝集，减少了有效的吸附位点。其它机制。如流感病毒血凝素HA的单抗作用于病毒颗粒后，病毒颗粒中的RNA多聚酶活性丧失。,（2）增强调理吞噬作用：针对病毒表面抗原的非中和抗体，本身不能使病毒的感染性丧失。但抗体与病毒的复合物可被巨噬细胞所吞噬，从而使之失去感染性。(3）溶解杀伤作用：抗体在补体、K细胞、NK细胞或巨噬细胞的协助下，可以溶解、杀伤病毒及其感染的细胞。(4）参与ADCC作用：当特异性IgG的Fab段与靶细胞膜上的病毒抗原决定簇结合后，其Fc段因构型变化而活化，因而与K细胞上的Fc受体结合，从而促发对靶细胞的杀伤。,（5）抗体和补体的协同作用：,补体覆盖在已经与抗体结合的病毒外面，使其难以和相应的细胞受体结合。补体使结合有抗体的病毒聚集，减少感染性的病毒颗粒。通过与病毒/抗体复合体形成C3b，使病毒易于被表达C3b受体的吞噬细胞摄入和降解。,补体可以直接溶解与抗体结合并含有脂膜的病毒。补体本身可以不依赖抗体直接灭活病毒。,二、细胞免疫；,参与抗病毒感染的免疫细胞有：CTL、NK细胞、巨噬细胞。不同的细胞作用不同，特异性CTL意义重大。,1、细胞毒T细胞（CTL）,CTL在病毒感染后的一段时间出现，其对病毒感染的靶细胞的杀伤作用由病毒特异性，并受MHC的限制。一般认为CTL对某些病毒感染的恢复起重要作用。,CTL对病毒感染细胞的特异性：某种病毒诱导的CTL只能杀伤该病毒感染的靶细胞，并且要求CTL细胞与靶细胞的MHC抗原相同。CTL病毒特异性针对的是特定存在于感染细胞膜上病毒抗原，而不是针对完整的病毒颗粒。CTL对病毒感染靶细胞MHC限制性：病毒特异性CTL杀伤靶细胞时需要同时识别细胞膜表面的病毒抗原和MHC抗原，并且二者具有相同的MHC单倍型时，杀伤效率高，而当二者不相同时，杀伤效率低，甚至无杀伤作用。,CTL对病毒感染靶细胞的杀伤：CTL杀伤靶细胞时需要与病毒感染的靶细胞密切接触，杀伤机制不很清楚，但其杀伤过程分三个阶段：CTL识别病毒感染的靶细胞，与其结合在一起，此阶段需要镁离子。效应细胞与靶细胞结合，激活CTL活性，开始对靶细胞不可逆的损伤过程，需钙离子参与这一过程。CTL脱离损伤的靶细胞，靶细胞自行解体。,病毒特异性CTL杀伤靶细胞的特点：预先由抗原诱导、活化的CTL细胞可特异性杀伤病毒感染的靶细胞。CTL细胞的杀伤作用受MHC-I类分子限制。CTL细胞可连续杀伤靶细胞，其杀伤效率高。,2、巨噬细胞：单核巨噬细胞（包括外周血单核细胞、组织巨噬细胞和树突状细胞）对预防病毒感染和促使病毒感染的恢复，有重要作用。,其抗病毒感染主要表现在：,（1）直接杀伤病毒（2）巨噬细胞能提呈病毒抗原（3）分泌干扰素（4）巨噬细胞表面有IgG的Fc受体，可与IgG的Fc段结合,3、自然杀伤细胞（naturalkillercell，NK细胞）,不需抗原预先致敏，也不依赖抗体存在，具有自然杀伤病毒感染细胞和肿瘤细胞的能力。,小鼠NK细胞的特点：,新生小鼠NK细胞活性很低，比成年鼠对病毒易感遗传性NK细胞缺陷或低水平的小鼠比正常小鼠对某些病毒易感病毒感染可致NK细胞活性增高低水平NK细胞活性的小鼠输入NK细胞可增强抗病毒感染的能力。,NK细胞杀伤病毒感染靶细胞机制：,结合阶段：NK细胞非特异性识别靶细胞，淋巴细胞功能相关抗原-1（LFA-1）和靶细胞表面的细胞间黏附分子（ICAM-1）参与NK细胞的识别过程。激活阶段：NK细胞由靶细胞抗原决定簇激活，这一步骤依赖于钙离子和适宜的温度。效应阶段：激活的NK细胞释放可溶性介质（穿孔素），在钙离子的存在下，单体的穿孔蛋白聚合到靶细胞膜上，渗入至微脂体中引起2个不同大小的管道，使膜损伤导致靶细胞溶解。,三、细胞因子的抗病毒作用,细胞因子是指由活化的免疫细胞和某些基质细胞分泌的、介导和调节免疫及炎症反应的小分子多肽，是除免疫球蛋白和补体外的另一类非特异性免疫效应因子。具抗病毒感染作用的细胞因子有干扰素、肿瘤坏死因子TNF和白细胞介素（如IL-2）。,1、干扰素（interferon，IFN）是机体受病毒或其它干扰素诱生剂刺激而产生的一组蛋白质，具有广谱的抗病毒、抗肿瘤和免疫调节等多种生物学活性。,干扰素的分类（根据抗原性的不同）：,-IFN：主要由白细胞产生-IFN：主要由成纤维细胞产生-IFN：由活化的T细胞产生-IFN和-IFN又称I型干扰素，-IFN又称II型干扰素。各型干扰素的作用不尽相同，但均有相对的种属特异性。,干扰素诱生剂：,（1）各种病毒：RNA病毒较DNA病毒的诱生作用更强。（2）人工合成的双股核酸链。如聚肌胞（polyI：C）。（3）某些细菌、脂多糖、促有丝分裂原等。,抗病毒机制：,IFN本身并无抗病毒作用。IFN诱生剂诱生的IFN从细胞中释放后，并非直接作用于病毒，而是通过自分泌和旁分泌作用于自身和邻近细胞膜上的IFN受体。当IFN与受体结合后，使细胞内产生一类抗病毒蛋白。这些蛋白有蛋白激酶、寡腺苷酸合成酶E和磷酸二酯酶等。,IFN诱导的抗病毒状态的特点：,有相对的种属特异性而无病毒特异性，有广谱的抗病毒作用。作用于细胞而非直接作用于病毒。有细胞间的传递性。作用的暂时性，一般在体外建立的抗病毒状态只能维持2472小时。对已侵入细胞内增殖的病毒无作用。,2、肿瘤坏死因子TNF由LPS以及各种侵袭性刺激引起相应细胞分泌的一种可溶性细胞因子，有TNF-、和TNF-两种类型。前者由单核巨噬细胞所产生，后者又称淋巴毒素，主要由淋巴细胞所产生。,体外抗病毒作用：在多种人细胞中具有抗病毒活性，如HEL、WI-38、FS-4等，但在BUD-8、WISH等正常细胞株中无抗病毒活性。研究结果不统一，甚至矛盾。确切作用有待更深入的研究。,3、白细胞介素IL-2促使T细胞从G1期转至S期的关键因子，主要由抗原或丝裂原激活的CD4+T细胞产生，CD8+T细胞产生量少。实验证据：缺乏功能性T细胞的无胸腺裸鼠一般均死于接种野生型痘病毒后的播散性感染，实验证明，如果将整合有鼠源性IL-2基因的重组痘病毒接种裸鼠足垫部，则只引起轻微的肿胀，几天后即恢复；即使静脉接种，体内都分离不出病毒。,免疫制品,一、特异性抗体二、疫苗三、其它,特异性抗体（被动免疫）,双特异性抗体嵌合抗体抗独特型抗体1.不能得到足够抗原的情况下，可用抗独特型单抗代替2.对含有自身交叉反应的非保护性抗原的病毒用抗独特型抗体可避免自身免疫损伤3.由于Ab2诱导的保护性免疫应答似乎不具有MHC限制性，使得由异种动物制备的Ab2可用于人体,体液免疫的特点,X-specifcAntibodytiters,Weeks,AntigenX,AntigenX,2,4,6,8,10,12,IgMresponse,IgGresponse,病毒感染后的免疫反应,Viraltiters,CTL,Antibody,Dayspost-infection,7,14,28,35,0,Illness,免疫的目标,CTL,Antibody,Vaccine,Infection,CTL,Antibody,Illness,疫苗,减毒活疫苗：毒力高度减弱或基本无毒的变异株，接近于自然感染，有一定的增殖能力，激发体液和细胞应答，有毒力回复的危险。灭活疫苗：用物理或化学方法将病毒杀死或灭活，不能增殖，有一定的免疫原性，接种量大，次数多。,基因工程疫苗：应用基因重组技术将保护性抗原基因重组到适当的载体，再将重组体转入到细胞或细菌内使之表达相应的保护蛋白或多肽，经纯化后的产物即为基因工程疫苗。因在提纯过程中破坏了蛋白质的空间结构，仅能诱导体液应答。亚单位疫苗：设法除去病毒体对激发保护性免疫无用的甚至有害的成分，保留其有效的免疫成分，所制成的疫苗称亚单位疫苗。也可以说是使用完整的生物体的天然成分的疫苗。缺点是安全性不够，对免疫能力低下者的风险很大。,DNA疫苗：将含有病原体保护性抗原基因的真核表达质粒DNA直接接种动物体内，在动物细胞内该质粒表达相应抗原，并刺激机体的免疫系统引起引起持久的特异性细胞免疫及体液免疫应答,DNA疫苗的特点,避免制备传统疫苗的烦琐过程。接种后的表达产物可与MHC-I、II类分子结合，无毒力回复。免疫时产生的抗原多肽的提呈过程和自然感染相似，可诱导细胞免疫。具有共同的理化性质，可联合免疫。可同种异株交叉保护（基因为编码保守蛋白的核酸序列）。,三、其它,1、免疫效应细胞：将具有病毒特异性的CTL回输，可彻底清楚体内病毒。因此，在体外将特异性CTL克隆大量增殖后再回输将是病毒性疾病治疗的一个重要和有希望的免疫疗法。2、以抗原提呈为基础的免疫：采用病毒抗原多肽体外致敏APC如树突状细胞，体内免疫可大大提高病毒抗原的提呈能力，激发机体产生特异性免疫反应。,病毒的免疫逃避,一、病毒变异常见于RNA病毒中和表位的基因变异株如HIV、HCV等。CTL决定簇的基因变异株如淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒。,二、病毒侵犯免疫细胞病毒入侵免疫细胞（T、B细胞、巨噬细胞、NK细胞等）后，不易被免疫细胞或因子清除，或长期持续存在，或可在免疫细胞中增殖，造成免疫功能低下。HIV、HBV、CMV、风疹病毒、麻疹病毒、狂犬病病毒等均可在淋巴细胞中增殖。,三、病毒感染导致宿主细胞的MHC类抗原表达低下CTL杀伤靶细胞受MHC类抗原识别所限制，故当病毒感染细胞表达MHC类抗原低下时，其杀伤作用显著下降。腺病毒型：早期蛋白E与MHC类抗原结合腺病毒型：阻止MHC基因的转录或使其mRNA在细胞核内转出EB病毒：肿瘤细胞表面的粘附因子ICAM-1和LFA-3表达低下CMV：从内质网中除去新合成的MHC类分子,五、产生非中和抗体或靶细胞表面病毒抗原发生变化非中和抗体可阻断中和抗体或淋巴细胞对病毒或病毒感染的靶细胞的杀伤。抗体与补体协同，使感染病毒的细胞表面的病毒抗原发生变化。如麻疹病毒（形成“帽状”）,六、产生抑制天然免疫和特异性免疫的因子产生细胞因子受体的同源分子。痘病毒：IFN-、TNF、IL-1EB病毒：IL-10,免疫病理学,免疫病理的产生机制：、引起免疫抑制，导致慢性感染和多重感染、ADE作用，增强病毒的致病性、交叉抗体反应导致自身免疫病、病毒编码蛋白表达于细胞膜上，构成靶抗原、病毒抗原与抗体形成免疫复合物沉积于小血管,、激活补体，直接损伤感染细胞，或通过补体活化过程产生的各种肽类产物，引起炎症反应、诱导介质释放，造成局部及全身反应、增强细胞膜表面MHC分子的表达，促进CTL的杀伤作用,产生自身免疫的机制：、多克隆B细胞被激活、噬淋巴细胞病毒侵入淋巴细胞、由于免疫系统失调产生抗淋巴细胞抗体、病毒感染TsTc细胞以及作用于细胞因子，影响其功能、病毒与正常组织器官之间有交叉抗原、病毒感染改变了宿主的抗原,登革病毒的感染与免疫,生物学特性,归属于黄病毒科黄病毒属有四个血清型，有抗原性交叉为单股正链RNA病毒，颗粒为球形编码种结构蛋白和种非结构蛋白,感染类型,大多数不产生临床症状，但可产生抗体，对同型病毒的再次感染具有免疫力根据WHO标准，可分为：登革热（DF）：高热，全身肌痛，骨胳和关节疼痛，极度乏力，皮疹，淋巴结肿大和白细胞减少登革出血热和登革休克综合征（DHFDSS）：常发生于再次感染。特点是起病较缓慢，发热天后病情突然加重，多个器官发生出血。DHF患者若同时伴有休克，则称DSS。,致病机理,感染,单核巨噬细胞中增殖,进入血循环,再定位于单核巨噬细胞和林巴组织,抗登革病毒抗体可促使病毒在上述细胞中复制，并可与病毒形成免疫复合物，激活补体系统，导致血管通透性增加、白细胞和血小板减少。从而导致广泛性出血、体液和蛋白滲出、组织间水肿以及骨、肌肉、关节疼痛。,DHF/DSS发生机理的假说,抗体依赖性增强（antibodydependentenhancement,ADE）：多数学者认同。病毒变异学说：毒力增强的病毒变异株引起DHF/DSS。,机体对登革病毒感染的免疫应答,非特异免疫应答一、